Сущность импульсного регулирования напряжения. Импульсное регулирование напряжения и, следовательно, скорости тяговых двигателей постоянного тока основано на дискретном преобразовании, электрической энергии постоянного тока, которая поступает в нагрузочный контур в виде отдельных импульсов. Изменяя продолжительность импульса и время паузы, можно менять среднее значение напряжения на тяговых двигателях и, таким образом, осуществлять плавный безреостатный пуск и электрическое торможение тяговых двигателей постоянного тока. Наиболее перспективным коммутационным устройством для импульсного регулирования тяговых двигателей средней и большой мощности можно признать тиристорный импульсный преобразователь, состоящий из входного индуктивно-емкостного фильтра Lф—Сф, тиристорного прерывателя П и выходных сглаживающих элементов (рис. 1.1).
При достаточно большой емкости входного фильтра пульсациями напряжения на конденсаторе Сф можно пренебречь и принять, что в тяговом режиме (рис. 1.1, а) в течение проводящего состояния прерывателя τА=γТ к цепи тягового двигателя приложено напряжение U.
В течение
непроводящего состояния прерывателя τВ = (1—γ)Т, когда под действием
э.д.с. самоиндукции нагрузочного дросселя LH и обмоток двигателя
поддерживается ток в цепи двигателя и шунтирующих (обратных) вентилей ВО,
напряжение Uд на нагрузке (на вентилях ВО) равно нулю
(рис. 1.1, б). В пределах 0 < γ < Т напряжение на двигателе UД
= γU (рис. 1.1, в). Пренебрегая потерями в преобразователе, на
основе равенства мощностей на входе и выходе импульсного преобразователя можно
принять, что UI = UДIД и I = γIД.
При этом в случае пуска двигателя с неизменным током IД
действительна диаграмма, показанная на рис. 1.1, г.
При импульсном рекуперативном торможении (рис. 1.1, д), наоборот, напряжение на зажимах двигателя равно нулю во время γТ проводящего состояния прерывателя и соответствует напряжению на входном конденсаторе U в интервале времени (1—γ)Т, когда ток двигателя под действием э.д.с. самоиндукции нагрузочного дросселя и обмоток двигателя протекает через разделяющие вентили В (рис. 1.1, е). При этом UД=(1—γ)U и I=(1—γ)IД (рис. 1.1, ж, з).
Рис.1.1. Схемы и основные диаграммы импульсного регулирования напряжения двигателей в режимах тяги (а, б, в, г) и рекуперативного торможения (д, е, ж, з).
В процессе регулирования выходного напряжения импульсного преобразователя, т.е. напряжения тяговых двигателей, коэффициент заполнения γ изменяется от минимального значения γmin до максимального γmax. Отношение максимального коэффициента заполнения к минимальному называют диапазоном регулирования.
Регулирование может быть осуществлено изменением как продолжительности проводящего состояния прерывателя γТ, так и периода импульсного цикла Т, поэтому зависимость периода Т от коэффициента заполнения у определяет способ регулирования.
Теоретически возможны многие способы импульсного управления напряжением тяговых двигателей, так как в зависимости от конкретных требований может быть задана любая функция Т = f(γ).
Наиболее распространенными из них являются регулирование с постоянной продолжительностью периода Т = к 1= const и регулирование с постоянной продолжительностью проводящего состояния прерывателя γT = = к2 = const или Т = к2/γ. Первый из этих способов регулирования называют широтно-импульсным, а второй — частотно-импульсным.
Могут быть применены также способы регулирования, при которых пределы пульсации выходного или входного тока или напряжения прерывателя поддерживаются неизменными. Так, например, для поддержания постоянной величины пульсаций тока двигателя в импульсных преобразователях с выходным сглаживающим дросселем необходимо иметь следующую зависимость периода от коэффициента заполнения: Т=к3/(1—γ)γ, где к3 — постоянная. Этот способ регулирования иногда именуют «релейным».
Применяется также комбинированный способ регулирования, при котором в начале регулирования поддерживается постоянной минимальная продолжительность проводящего состояния прерывателя и период Т постепенно уменьшается до заданного, а на втором этапе регулирования — период импульсного цикла поддерживается неизменным и увеличивается продолжительность проводящего состояния прерывателя.
Системы импульсного регулирования напряжения тяговых двигателей.
Силовая часть системы импульсного регулирования напряжения содержит источник постоянного тока, входной фильтр, прерыватель, выходной фильтр и нагрузку.
Поскольку импульсный преобразователь потребляет ток в виде отдельных импульсов, необходима установка на его входе мощного фильтра. В качестве входного фильтра чаще всего применяют Г-образный индуктивно-емкостный фильтр, состоящий из последовательно включенного дросселя и параллельно включенного конденсатора. Применяются также более сложные индуктивно-емкостные фильтры, в частности двухзвенные. Фильтровый конденсатор служит не только для сглаживания пульсаций входного тока, но и для устранения влияния индуктивности контактной сети на преобразователь.
Основные прерыватели для средних и больших мощностей — тиристорные. Предложено большое число схем запирания тиристоров. Обычно они содержат коммутирующий конденсатор и дроссель, которые образуют колебательный LC контур. Для изменения момента запирания тиристоров во многих схемах импульсного регулирования используют вспомогательные «гасящие» тиристоры и диоды. Применяют также коммутирующие трансформаторы, управляемые дроссели насыщения и др. По мере развития техники силовых полупроводниковых приборов в качестве прерывателей могут найти применение и симметричные тиристоры, а также более сложные полупроводниковые структуры, совмещающие несколько элементов в одном функциональном блоке.
Выходной фильтр обычно состоит из сглаживающего дросселя для уменьшения пульсаций тока тяговых двигателей. Для уменьшения пульсаций напряжения на нагрузке могут быть применены выходные конденсаторы. К выходному фильтру можно отнести также вентили, которые шунтируют нагрузку. Для уменьшения магнитных потерь в тяговых двигателях и уменьшения пульсаций их э.д.с. обмотки возбуждения часто шунтируют постоянно включенным резистором R'ш (см. рис. 1.1) с небольшим ослаблением возбуждения (порядка 4—5%).
Вследствие относительно большой мощности моторных вагонов электропоездов импульсные преобразователи этих вагонов обычно состоят из нескольких параллельно включенных отдельных прерывателей, присоединенных к общему входному фильтру, что позволяет избежать параллельной работы вентилей. Эти прерыватели можно синхронизировать по частоте со сдвигом моментов их отпирания и запирания на время T/m, где Т — период импульсного цикла одного прерывателя, a m — число прерывателей. Такая система может быть названа по аналогии с цепями переменного тока многофазной. Большое ее преимущество заключается в значительном облегчении сглаживания пульсаций входного и выходного токов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.